Anvendelse af siliciumcarbid

Siliciumcarbid (SiC) er et ekstremt hårdt materiale med mange anvendelsesmuligheder. Du støder måske på SiC i højtydende "keramiske" bremseskiver til biler eller endda som keramiske plader til skudsikre veste.

Moissanit forekommer naturligt som et sjældent mineral, men er alligevel blevet masseproduceret som pulver siden 1893 til brug som slibemiddel. Desuden bruges det som en vigtig komponent i halvlederelektronik, der arbejder under ekstreme temperaturer og spændingsforhold.

Ildfaste materialer til høje temperaturer

Ildfaste materialer af siliciumcarbid er højtydende materialer med enestående styrke, korrosionsbestandighed og stabilitet over for termisk chok. Ildfaste materialer af siliciumcarbid fås i form af mursten eller foringer og bruges til højtemperaturanvendelser som f.eks. produktion af smeltede salte og sure slagger; deres særlige egenskab er deres modstandsdygtighed over for blødgøring op til 15000 C ved temperaturer, der er lige så høje som sidstnævntes smeltepunkt (sort siliciumcarbid [SiC] er det råmateriale, der bruges til disse ildfaste materialer).

Siliciumcarbid, almindeligvis omtalt med den kemiske formel SiC, er en ekstremt hård syntetisk fremstillet krystallinsk forbindelse bestående af silicium og kulstof, der forekommer naturligt som det sjældne mineral moissanit; masseproduktionen begyndte dog i 1893 til brug som slibemidler og slidstærke dele i industrien og raketmotorer; desuden fungerer det som et halvledersubstrat i lysemitterende dioder (LED).

Ildfaste materialer af siliciumcarbid bundet med ler er et ideelt valg til brug ved høje temperaturer, da bindingsprocessen sikrer strukturel integritet ved høje temperaturer og samtidig modstår syrer og andre ætsende materialer. Desuden har disse relativt billige ildfaste materialer vist sig at være ekstremt holdbare over tid; de testes ofte ved hjælp af dampkorrosionstests (fotografering, vejning og måling af testprøver, før de udsættes for damp i 500 timer for at se, hvor godt de klarer sig under så ekstreme tryk og temperaturer).

Slidstærke dele

Siliciumcarbid kan bruges til en lang række slidstærke anvendelser. På grund af sin overlegne styrke, hårdhed, holdbarhed, modstandsdygtighed over for kemiske angreb og temperaturbestandighed er siliciumcarbid et fremragende materiale til at bekæmpe slid på stål og metallurgiske legeringer, hvilket gør det velegnet til at erstatte metalruller eller dele i stålvalseværker, sandpumper, hydrocykloner, knusere eller cylinderforingsrør.

Elektroløs plettering giver en anden fordel; det gør det muligt at anvende den mere konsekvent uden at skabe uoverensstemmelser, der er typiske for traditionelle nikkelpletteringsprocesser, hvilket sikrer, at skarpe hjørner og fordybninger forbliver skarpe uden kantopbygning, mens gennemgående huller forbliver uforstyrrede og uændrede i næsten enhver geometrisk konfiguration.

Siliciumcarbid skiller sig ud blandt materialer til elektroniske enheder på grund af sin overlegne temperaturbestandighed og unikke atomare struktur, der giver enestående halvlederegenskaber, som gør det velegnet til fremstilling af elektroniske enheder. Dets modstandsdygtighed over for temperaturvariationer er op til 10 gange større end silicium, som er det foretrukne materiale i halvlederproduktion, og det er også modstandsdygtigt over for termisk chok og kan modstå meget høje tryk. Siliciumcarbid bruges i vid udstrækning som en vigtig komponent i strømhalvledere til højspændingsgeneratorer og indbyggede opladere til opladningssystemer til hybrid- og elbiler samt som erstatning for dyre, men miljøskadelige litiumbatterier.

Halvlederenheder

Siliciumcarbid i sin rene form fungerer som en elektrisk isolator, men når det modificeres med urenheder eller dopingstoffer, ændres dets elektriske ledningsevne til at udvise halvledende egenskaber, der ikke tillader fri strøm at flyde, men heller ikke afviser den. Disse halvledende egenskaber gør siliciumcarbid velegnet til at skabe elektroniske enheder, som forstærker, skifter eller konverterer signaler i elektriske kredsløb.

Siliciumcarbid-enheder har et bredt båndgab, der gør det muligt for dem at fungere ved højere temperaturer og frekvenser end traditionelle halvledere, hvilket gør dem velegnede til industrielle sammenhænge og giver betydelige effektivitetsgevinster sammenlignet med deres modstykker af silicium.

Siliciumcarbid-enheder bruges i vid udstrækning i jernbanetransportsystemer for at reducere energitab og forbedre belastningseffektiviteten, mens de også bruges i solcelleinvertere og energilagringsenheder for at forbedre effektiviteten og pålideligheden.

Markedsdynamikken for siliciumcarbid er i konstant udvikling, da nye anvendelser driver udvidelsen og efterspørgslen. Anvendelserne omfatter kraftelektronikindustrien, bilindustrien og rumfartsindustrien. Væksten på markedet for siliciumcarbid til effektelektronik forventes at være på over 27% i 2021 på grund af stigende efterspørgsel efter elbiler og 5G-infrastruktur sammen med hurtigladestationer; som følge heraf skal der ske kapacitetsudvidelse og investering i nye teknologier for at levere effektive kraftenheder til at understøtte dem.

Kemisk forarbejdning

Siliciumcarbid (SiC) er en ekstremt hård, syntetisk fremstillet forbindelse af silicium og kulstof med en Mohs-hårdhedsgrad på 9 og er næsten lige så hård som diamant. SiC bruges til alt fra slibende bearbejdningsprocesser som sandblæsning og slibning til slidstærke dele til industriovne, slidstærke dele til substrater til produktion af lysdioder og lysdioder (LED).

Ildfaste materialer kan også bruges i kompositmaterialer, som dem, der findes i skudsikre veste. Deres styrke og holdbarhed gør, at de kan modstå skud med høj hastighed, mens deres lave neutrontværsnit beskytter dem mod strålingsskader.

Reaktionsbinding og sintring kan begge bruges til at fremstille SiC, og de giver hver især forskellige mikrostrukturer i det endelige materiale. Reaktionsbundet SiC fremstilles ved at infiltrere kompakter af blandinger af SiC og kulstof med flydende silicium, som reagerer med kulstof for at danne flere SiC-partikler, der derefter binder de oprindelige. Sintret SiC kan også fremstilles ved hjælp af rent SiC-pulver blandet med ikke-oxidiske sintringshjælpemidler og opvarmet ved høje temperaturer, indtil der sker en størkning.

American Elements tilbyder et stort udvalg af førsteklasses smeltede silica- og karbidkorn og -pulvere, der er velegnede til anvendelser inden for ildfaste materialer, rumfart, bilindustrien, den kemiske fødevareindustri samt mange andre. Vores avancerede knuse-, fræse- og klassificeringsudstyr gør os i stand til at producere disse korn, der overgår ANSI-, FEPA- og JIS-standarderne.